Sällsynta jordartsmetaller är avgörande för många moderna tekniker. Kemister vid LMU har nu visat att en kofaktor som finns i ett bakteriellt enzym kan selektivt extrahera några av dessa metaller från blandningar på ett miljövänligt sätt.

Rare earth elements (REE) är en oumbärlig ingrediens i de elektroniska enheter som nu är en integrerad del av vårt dagliga liv. De är anställda i datorer, smartphones, elmotorer och många andra nyckelteknologier som komponenter i magneter och batterier, och fungerar även som kraftfulla kemiska katalysatorer. REEs består av 17 element - skandium, yttrium, lantan och de 14 lantanider som följer efter lantan i det periodiska systemet. I naturen, de förekommer som blandningar och finns ofta i samband med de radioaktiva grundämnena uran och torium. Alla REEs uppvisar mycket liknande kemiska egenskaper, vilket gör det svårt att skilja dem från varandra, energikrävande och miljöproblematisk uppgift. Nu har ett team under ledning av LMU-kemist professor Lena Daumann visat att en enzymkofaktor som kallas pyrroloquinolin quinone (PQQ) som finns i vissa bakteriearter binder selektivt till specifika REE och kan användas för att separera dem från blandningar.

Att REE också spelar viktiga roller i biosfären upptäcktes för mindre än 10 år sedan, när det visades att vissa typer av bakterier selektivt kan ta upp lantanider från miljön, som sedan införlivas i enzymer för användning som metaboliska katalysatorer. Till exempel, i metylotrofa bakterier, lantan eller europium binder till PQQ i enzymet metanoldehydrogenas (MDH), och spelar en viktig roll i oxidationen av metanol - en viktig del av dessa bakteriers energimetabolism. Daumann och hennes kollegor har nu karakteriserat interaktionen av PQQ med dessa REEs i detalj och, i samarbete med forskare baserade i Berlin och Münster, de har isolerat PQQ-lantanidkomplex och bestämt deras molekylära strukturer för första gången i frånvaro av enzymmatrisen.

Resultaten visar att PQQ selektivt kan avlägsna vissa REE genom utfällning från vattenhaltiga lösningar som innehåller blandningar av deras salter, utan behov av potentiellt farliga organiska lösningsmedel eller andra tillsatser. Slående, PQQ binder företrädesvis till de större lantaniderna, inklusive neodym. Återvinning av det senare är av särskilt intresse för hållbar teknik. "En egenskap hos lantaniderna är att jonradien gradvis minskar över raden från lantan till lutetium, och dessa små skillnader kan användas för att skilja dem åt, " förklarar Daumann. Hittills har det var inte klart varför bakterier preferentiellt väljer de större lantaniderna för biokemiska funktioner. Baserat på deras senaste resultat, författarna till den nya studien misstänker att detta har att göra med strukturen hos PQQ. Sannolikt har det aktiva stället i PQQ-innehållande enzymer optimerats för att rymma de större jonerna i REE-serien. De nya rönen bör stimulera ytterligare intresse för användningen av bakterier för återvinning av REE. Studien visas i tidskriften Kemi:A European Journal , och finns på omslaget till det senaste numret.